JPH04193268A - 超音波診断装置の遅延時間発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、アレイ振動子を構成する各振動素子の送受信
号に遅延時間を与える超音波診断装置の遅延時間発生装
置に関する。

［従来の技術］ 医療の分野において、超音波を用いて生体内の断層像な
どを得る超音波診断装置か活用されている。

この超音波診断装置においては、−膜内にアレイ振動子
にて超音波の送受波か行われている。そして、アレイ振
動子を構成する複数の振動素子における各振動素子の送
受信号にそれぞれ異なる遅延時間を与えることにより、
超音波ビームの電子偏向や電子フォーカスが行われてい
る。例えば、電子走査の手法として、電子セクタ走査が
知られており、また電子フォーカスの手法として、ダイ
ナミックフォーカス法などが知られている。

第６図には、超音波ビームの電子偏向及び電子フォーカ
スの概念が示されている。

第６図において、超音波の送受波は、直線上にＮ個配列
されたアレイ振動子１０にて行われている。そして、ア
レイ振動子を構成する各振動素子１０ａには、それぞれ
送受信号の遅延を行う遅延器１２ａが設けられている。

そして、ｉ番目の振動素子１０ａに接続されている遅延
器１２ａに与えられる遅延時間は、例えば、次の第１式
で表すことができる。

τｉ ＝　（ｆ　−（ｆ２＋　（ｉ−Δｐ　（ｍ＋１）　／２
）　２−２Δｐｆ　（ｍ＋１）ｓ　ｉｎθ／２）ｌ／２
）／Ｃ＋Ｋ　　　　　　　　　　　　・・・（第１式）
ただし、ｆは焦点距離、ｍは振動素子の総数、Δｐは微
小振動素子間の間隔、θは超音波の偏向角度、Ｃは超音
波の媒体（例えば、生体）中における伝搬速度を示して
いる。また、Ｋは物理的に実現できない負の遅延時間を
避けるための正の定数である。

従って、このような第１式で求められる遅延時°間を各
振動素子に接続された遅延器に与えることにより、超音
波ビームをθ方向に偏向でき、かつ焦点距離ｆの位置で
超音波ビームの集束を行うことができる。

ところで、従来の超音波診断装置では、上記第１式を予
め計算して遅延時間を求め、求められた遅延時間を例え
ばＲＯＭのような記憶装置に格納していた。そして、超
音波の送波及び受波毎にＲＯＭから遅延時間を読み出し
て上記遅延器１２’ａに与えていた。

ここで、理想的な条件の下で、記憶装置に格納される遅
延時間の情報量を以下に概算する。

まず、振動素子が１２８個あるとすると、各振動素子に
ついて遅延時間を保持する必要があるため、遅延時間は
１２８種類保持する必要がある。

次に、焦点距離ｆについて考えると、超音波診断装置で
は送信時及び受信時に一般的にダイナミックフォーカス
が行われるため、例えばｆについては３２種類の遅延時
間が必要である。

また、超音波ビームの偏向角度θが２５６方向設定され
ている場合、遅延時間は２５６種類必要　　　−である
。

そして、振動素子の間隔Δｐについては、これは探触子
固有の値であり探触子の種類によって異なるため、例え
ば３２種類の探触子を用いるためには、Δｐについて３
２種類の遅延時間を保持する必要がある。

このような各パラメータについての組合せを考えると、
１つの遅延時間を１０ビツトで表した場合、保持すべき
遅延時間の情報量は、４０Ｍバイトになり、非常に大き
な情報量となる。

このように、理想的に遅延時間の情報量を計算すると、
大容量記憶装置が必要となり、また記憶装置へのアクセ
スに時間が要するなど不具合が生じる。

そこで、従来においては、接続できる探触子の種類を減
らすと共に、それ以外のパラメータの種類を半分以下に
して、情報量を減らし、それを大容量のＲＯＭなどに格
納していたが、超音波診断精度を上げるための障害とな
っていた。

上記問題を解決するために、特開平１〜１９３６７９号
で、保持すべき遅延時間の情報量を削減した遅延時間発
生装置が提案されている。

この従来の装置を説明する前に、以下に第１式で示した
遅延時間計算式を別の数学的な表現に書き換える。

第７図には、Ｘ軸方向に沿うアレイ振動子と焦点Ｆとの
位置関係が幾何学的に示されている。

ここにおいて、０は超音波ビーム形成に係る中心点であ
り、Ｐは中心点ＯがらＸ隔てた振動素子の位置を示して
いる。

図において、焦点Ｆと中心点０との間の距離（焦点距離
）ｆを半径として、焦点Ｆを中心に半径ｆの円弧を描く
と、この円弧は焦点Ｆに集束する超音波の波面と考える
ことができる。従って、各振動素子でこのような波面を
合成するには、図に示される円弧とＸ軸との間の距離に
相当する時間差を送受信号に付与すればよいことが理解
される。

ここで、Ｐの位置にある振動素子について考える。なお
、図において、焦点Ｆと振動素子の位置Ｐとを含む直線
が円弧と交わる点がＱで示されている。

図において、距離■は、以下の第２式で示される。

ＰＱ−ｆ−（ｆ　　＋ｘ　　−２ｘｆｓｉｎθ）ｌ／２
・・・（第２式） そして、超音波が距離−ＰＱ−を伝搬する時間、すなわ
ちＰの位置にある振動素子に付与する遅延時間τは、次
の第３式で示される。

τ−Ｐ　Ｑ／Ｃ −（ｆ　　（ｆ２＋ｘ２ 一２ｘ　ｆ　ｓ　ｉ　ｎθ戸／２）／ｃ・・・（第３式
） 従って、各振動素子についてこのτを求めることにより
、超音波の波面の合成が実現でき、超音波ビームの偏向
及び集束が行える。

さて、上述した特開平１−１９３６７９号で提案された
遅延時間発生装置では、上記第３式をＸに関して３次の
項までマクロ−リン級数展開する手法により遅延時間の
発生を実現している。

以下に、参考としてその計算式を示す。（この式の詳細
については特開平１−１９３６７９号参照） １Ｍ（Ｘ、θ） 一τＭ（０，θ）十ｘτ　′（０，θ）＋Ｘ２ｒ しく０．θ）／２！ Ｍ（０，θ）／３！ ＝（ａ　　ｘ　　＋ａ　　ｘ　　＋ａ、ｘ）／Ｃ・・・
（第４式） ただし、 ａｍ−ｃｏｓ２θ／（２ｆ） ａｌ　ｍ５ｉｎθ そして、この従来の装置は、それぞれフィードバックル
ープをもつ３つの加算器と、各加算器毎に設けられた加
算係数（ａ　１〜ａ　ａ　）を発生するＲＯＭと、など
から構成され、前記３つの加算器を３段直列に接続して
上記第４式の計算が電気的に実現されている。

従って、この従来の遅延時間発生装置では、基本的に、
上記第４式における各Ｘの項の係数ａ１〜ａ３のみをＲ
ＯＭに保持すればよいので、遅延時間発生に係る情報量
の削減が図れる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来の遅延時間発生装置においては
、得られる遅延時間の精度が十分でないという問題があ
る。すなわち、マクロ−リン級数展開した後の第４式に
おいて、Ｘの絶対値か大きくなると求められる遅延時間
の精度が悪くなるという問題がある。

ここで、マクロ−リン級数展開の手法による遅延時間誤
差を求めるため、上記第３式と上記第４式に、ｆ＝１ｃ
ｌｏｍｍ、ｌｘｌ−２５ｍｍ、　　θ−〇＠を代入し、
更に超音波の伝搬速度Ｃを１．５３　Ｘ　１０’ｍｍ／
　ｎ　ｓとして両者を比較すると、遅延時間発生に係る
誤差は３１ｎｓと求められる。

また、上記特開平１−１９３６７９号の遅延時間発生装
置では、上記第３式の級数展開の手法として、ルジャン
ドル多項式を用いる方法も提案されている。しかしなが
ら、上記各値を代入した結論を述べると、この方法によ
っても、その誤差は３８ｎ　ｓである。

ところで、一般に、送受信号の遅延には上述したように
遅延器などの遅延素子が用いられている。

そして、遅延素子における最小遅延時間である量子化さ
れた遅延単位は、一般に、送受波される超音波の周期の
１０分の１程度に短くする必要がある。

従って、遅延時間発生装置にて発生される遅延時間の誤
差は、上記量子化された最小単位時間内に収まれば実際
上問題は生じない。

このような前提の下、例えば、超音波診断装置において
５ＭＨｚの超音波を用いる場合には、上記遅延素子の量
子化単位時間は２０ｎｓ程度にする必要がある。

しかしながら、上記従来の装置で発生される遅延時間の
誤差は、上述した値から理解されるように、この要求さ
れる２Ｏｎ　ｓ以内に収まっておらず、場合により精度
上問題があると言える。

以上のことから、マクロ−リン級数展開あるいはルジャ
ンドル多項式を用いて計算式の近似を行う方法では、十
分な精度が得られない場合がある。

一方、この精度を上げるため、級数展開をＸについて第
４次の項まで行うことも可能であるが、この場合には、
装置が非常に複雑化し、また迅速な遅延時間の発生が困
難になるという問題かある。

本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、遅延時間発生に係る精度を一定内に維持し
つつ記憶装置に格納する遅延時間の情報量を削減するこ
とのできる超音波診断装置の遅延時間発生装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明は以下の原理を用い
る。

発明の原理 本発明は、上記ｉ３式を以下のように式変形することに
より実現される。以下に、再び第３式を引用し、その式
変形について説明する。

τ−ＰＱ／Ｃ ＝　（ｆ−（ｆ２＋ｘ２ 一２ｘｆｓｉｎθ）　１１２）　／Ｃ ・・・（第３式） まず、第７図で示したアレイ振動子の超音波ビーム形成
中心点Ｏから遅延時間発生に係る振動素子の位置Ｐまで
の距離Ｘを焦点距離ｆで除したものを規格化位置Ｘと定
義する。

Ｘｍｘ／ｆ　　　　　゛　　　　　　・・・（第５式）
従って、これを式変形するとｘ−Ｘｆとなり、このＸを
上記第３式に代入する。すると、次の第６式が得られる
。

ｒ−（１（１＋Ｘ２−２Ｘｓｉｎθ戸／２）／　（Ｃ／
ｆ）　　　　　　　　　　　・・・（第６式）そして、
この第６式の両辺を超音波伝搬時間ｆ／Ｃ（上記超音波
ビーム形成中心点から焦点Ｆまでの超音波の伝搬時間）
で割ったのが次の第７式％式％（１２ ・・・（第７式） ここで、左辺は、遅延時間τを超音波伝搬時間（ｆ　／
Ｃ）で除したものであり、これを規格化遅延時間Ｔと定
義する。

Ｔ−τ／　（ｆ／Ｃ）　　　　　　　　　・・・（第８
式）従って、この規格化遅延時間Ｔは、以下の第９式に
示すように、上記規格化位置Ｘと超音波の偏同角度θと
の関数であり、この第′９式上で焦点距離ｆ及び各振動
子間の間隔Δｐに依存しないことが理解される。

Ｔ　（Ｘ、　　θ） ＝１−　（１＋Ｘ”　−２ＸＳ　ｉ　ｎθ）１／２・・
・（第９式） このように、規格化遅延時間Ｔ及び規格化位置Ｘの概念
を導入することにより、２つのノくラメータで、すなわ
ちＸ及びθて表されるＴをテーブル化して保持すること
により、遅延時間発生に係る記憶装置に格納される情報
量の削減を図ることが可能となる。なおζ規格化遅延時
間Ｔから遅延時間τへの復元は、上記第８式から理解さ
れるように、規格化遅延時間Ｔにｆ／Ｃを乗算すればよ
い。

第１図は、以上説明した原理をブロック図で示したもの
である。ここにおいて、超音波診断装置本体から偏向角
度情報θ、焦点距離情報ｆ、プローブの種類の情報Ｐ（
振動素子間の間隔Δｐ及び振動素子数ｍの情報を含む）
が供給されている。

図において、規格化位置発生部１０は、超音波診断装置
本体からｆ及びＰを入力して、上記第５式の演算を行い
、規格化位置Ｘを発生するものである。ここで、Ｘは、
振動素子の間隔Δｐに振動素子のアドレスｉを乗算した
ものに相当する。

そして、規格化位置発生部１０にて発生された規格化位
置Ｘは、上記θ情報と共に、規格化遅延時間テーブル１
２に入力されている。

この規格化遅延時間テーブル１２は、上述したように、
規格化遅延時間Ｔを規格化位置Ｘ及び偏向角度θの関数
としてテーブル化したものである。

従って、上記Ｘ及びθに対応する規格化遅延時間Ｔが出
力されることになる。

そして、出力された規格化遅延時間Ｔは、単位復元演算
部１４に入力される。

この単位復元演算部１４は、以下に示す第１０式を演算
して、規格化遅延時間Ｔから遅延時間τを求めている。

τ−Ｔ・　（ｆ／Ｃ）十Ｋ　　　　・・・（第１０式）
ただし、Ｋは、負の遅延時間を避けるための定数である
。

以上のように、規格化遅延時間テーブルのパラメータは
Ｘ及びθの２つのみてあり、従来と比べ少なくとも１つ
のパラメータを排除できるという利点を有する。

次に、第２図を用いて、線形補間を前提とした上記規格
化遅延テーブルでの標本化について述べる。

規格化遅延時間テーブルにおいて規格化遅延時間Ｔを定
める２つのパラメータ、すなわちＸ及びθに対し、その
両者あるいはそのうちの一方を標本化することにより、
規格化遅延時間テーブルにおける保持される情報量の大
幅な削減を図ることが可能である。

第２図（Ａ）には、その−例として、Ｘのみが所定のサ
ンプル間隔で標本化されてテーブルが構成された規格化
遅延時間テーブル１６が示されている。なお、（Ｂ）に
はテーブルの概念が示されている。

また、この第２図（Ａ）には、上記標本化にて生ずる精
度の劣化を補うための補間処理部１８が示されている。

従って、あるθ及びＸが特定されると、これによって規
格化遅延時間テーブル１６から隣り合う２つの遅延時間
Ｔｌ、Ｔ２　（又はＴ１．ΔＴ）か求められることにな
る。そして、補間処理部１８にて前記求められたＴ１．
Ｔ２　（又はＴｔ、　　ΔＴ）をＸの重み付けで線形補
間処理することにより、上記標本化に伴う精度の劣化を
補いつつ遅延時間τの発生を行うことが可能である。

なお、標本化の点数は、要求される精度に応じて適宜に
定めればよい。

上記原理を適用した課題解決の手段 上記原理を適用した本発明に係る遅延時間発生装置は以
下の構成を有する。

まず、請求項（１）記載の発明は、超音波ビーム形成中
心点から遅延時間τ発生に係る振動素子までの距離Ｘを
焦点距離ｆて除した規格化位置Ｘを発生する規格化位置
発生手段と、規格化位置Ｘ及び偏向角度θで定められる
規格化遅延時間Ｔを保持する規格化遅延時間テーブルと
、を含み、規格化遅延時間テーブルにて求められた規格
化遅延時間Ｔに所定の単位復元演算を行って遅延時間τ
を発生することを特徴とする。

また、請求項（３）記載の発明は、上記規格化位置発生
手段と、規格化位置Ｘ及び偏向角度θで定められる規格
化遅延時間Ｔに前記焦点距離ｆと超音波の伝搬速度Ｃと
で定まる単位復元係数（ｆ／Ｃ）を乗算した遅延時間り
を保持する遅延時間テーブルと、を含むことを特徴とす
る。

更に、請求項（２）及び（４）記載の発明は、規格化遅
延時間Ｔ又は遅延時間りを定めるパラメータのうち少な
くとも１つが標本化されてその標本化されたサンプル点
についてＴ又はＤが保持され、更に標本化に伴う精度の
劣化を補う補間処理手段が設けられたことを特徴とする
。

［作用コ 上記請求項（１）記載の本発明の構成によれば、規格化
位置発生手段にて、遅延時間τ発生に係る振動素子につ
いての規格化位置Ｘか発生される。

そして、発生された規格化位置Ｘは、偏向角度θと共に
、規格化遅延時間テーブルに人力され、その両者で定め
られる規格化遅延時間Ｔが出力される。

従って、出力された規格化遅延時間Ｔについて所定の単
位復元演算を行うことにより、遅延時間τを発生するこ
とが可能となる。

また、請求項（３）記載の本発明の構成によれば、上記
規格化遅延時間テーブルの代りに遅延時間テーブルを設
けることにより、上述した単位復元演算を行わずに直接
遅延時間りを求めることか可能である。

ここで、遅延時間テーブルに格納される遅延時間りは、
規格化位置Ｘ及び偏向角度θで定められる規格化遅延時
間Ｔに焦点距離ｆで定まる単位復元係数（ｆ　／Ｃ）を
乗算したものであり、テーブルにおける入力パラメータ
が請求項（１）記載の本発明の構成に比べ１つ増す反面
、遅延時間テーブルから直接遅延時間りを求められると
いう利点を有する。

従って、遅延時間テーブル以後の回路の構成か簡易にな
る。なお、遅延時間りは、単位復元係数（ｆ　／Ｃ）が
規格化位置Ｘ及び偏向角度θに依存しないため、請求項
（１）記載の本発明の構成と遅延時間発生に係る精度は
同一である。

また、請求項（２）及び（４）記載の本発明の構成によ
れば、補間処理手段による線形補間を前提として、テー
ブルにおける入力パラメータの標本化を行うことができ
るので、テーブルに保持される情報量の大幅な削減がで
きるという利点を有する。

［実施例］ 以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する
。

第３図には、本発明に係る遅延時間発生装置の好適な実
施例が示されている。この第３図に示される遅延時間発
生装置は、第１図で示した構成を更に具体化したもので
ある。なお、この装置は、例えば超音波診断装置などに
組み込まれる。

図において、この装置は、規格化位置Ｘを発生する規格
化位置発生部２２と、発生された規格化位置Ｘと偏向角
度θとを入力して規格化遅延時間Ｔを出力する規格化遅
延時間テーブル（以下、テーブルという）２４と、テー
ブル２４から出力された規格化遅延時間Ｔに対して線形
補間を行う補間処理部２６と、補間処理部２６から出力
された規格化遅延時間Ｔに対して所定の単位復元演算を
行う単位復元演算部２８と、から構成されている。

ここで、規格化位置発生部２２から出力された規格化位
置Ｘのうち整数部ＸＲは、超音波診断装置本体から整数
値で与えられる偏向角度θと共に、テーブル２４に入力
されている。

一方、規格化位置発生部２２から出力された規格化位置
Ｘのうち小数部ｒは、補間処理部２６に供給されており
、その線形補間処理に係る重み付けに供されている。

なお、本実施例においては、θの種類が２５６種類とさ
ほど大きくないため、θについては標本化しておらず、
Ｘについてのみ標本化が行われている。もちろん、θに
ついて標本化を行ってもよい。この標本化、特にサンプ
ル点数の計算につぃては後に詳述する。

まず、このような本実施例のテーブル２４に対して規格
化位置Ｘを発生する規格化位置発生部２２について説明
する。

この規格化位置発生部２２は、超音波診断装置本体から
プローブ情報Ｐ（振動素子間の間隔Δｐ及び振動素子数
ｍの情報を含む）及び焦点距離情報ｆを入力して後述す
る累積係数α及び加算初期値βを出力する加算係数発生
器３０と、一方の入力端子に累積係数αが入力され他方
の入力端子にフィードバックされた規格化位置Ｘが供給
された加算器３２と、超音波診断装置本体から供給され
るクロック１に従って前記加算器３２の出力値を一時的
に格納するレジスタ３４と、から構成されている。なお
、レジスタ３４には、最初の加算動作時に、加算係数発
生器３０から加算初期値βが供給される。

このように構成された規格化位置発生部２２の動作原理
について以下に説明する。

まず、第５式から、１番目の振動子についての規格化位
置Ｘは、次のように表すことができる。

Ｘ−Δｐ（ｉ　−（ｍ＋１）／２）／ｆ・・・（第１２
式） たたし、ｍは振動素子の総数である。

テーブル２４における規格化位置Ｘに関する標本化のサ
ンプル間隔をΔＸとし、更にテーブル２４におけるＸに
ついての中心のアドレスをＸｏとして、テーブル２４に
おけるＸのアドレスを整数で与えるために、上記第１２
式を以下の第１３式に書き変える。

Ｘ−Δ１）（ｉ　−（ｍ＋１）／２） ／　（ｆ−ΔＸ）＋Ｘｏ　　　−＝　（第１３式）従っ
て、この第１３式をｉに関する係数とそれ以外とに分け
ることにより次の第１４式を得る。

Ｘ−αｌ十β　　　　　　　　　・・・（第１４式）た
だし、α藺Δｐ／（ｆ−ΔＸ） β唯一Δｐ　（ｍ＋１） ／（２φｆ−ΔＸ）＋Ｘ。

従って、超音波診断装置本体から供給されるプローブの
種類の情報Ｐ及び焦点距離の情報ｆに応じて累積係数α
及び加算初期値βを発生させ、この発生されたα及びβ
を第１４式に基づいて累積加算することにより、振動素
子の順番毎に順次その規格化位置Ｘを発生することか可
能である。

すなわち、最初の加算時には、加算器３２にαが供給さ
れ、一方、レジスタ３４にはβか供給される。そして、
次の加算時には、クロックｉの入力により、加算器３２
にてαとβが加算され、レジスタ３４には加算後の値（
α十β）が格納されることになる。このような過程が順
次繰り返されて、順次規格化位置Ｘが発生される。

次に、テーブル２４について説明する。

テーブル２４には、規格化位置発生部２２にて発生され
た規格化位置Ｘの整数部ＸＲが供給されている。なお、
一方の小数部ｒは、後述する補間処理部２６に供給され
ており、両者の分岐は、例えば、上位ビット又は下位ビ
ットの抽出により行われる。具体的には、規格化位置Ｘ
の伝送にパラレルバスが用いられている場合には、その
複数本のバスのうちの数本が整数部に供され、残りの複
数本が小数部ｒ用に用いられる。

ここで、テーブル２４では、供給された整数部ＸＲと超
音波診断装置本体から供給された偏向角度θ情報とで定
まる規格化遅延時間Ｔを出力する。

本実施例において、その出力は、第２図（Ｂ）で示した
ように、ＸＲとθとで定まる規格化遅延時間Ｔと標本化
されたＸのサンプル間での差ΔＴとが出力されている。

つまり、後の線形補間て常にΔＴか必要なため、この規
格化遅延時間Ｔ１の出力と共にΔＴをも同時に出力して
いる。もちろん、Ｔ１とこのＴ１のＸについての次の値
であるＴ２とを同時に出力して、補間処理を行っても同
様の結果を得ることができる。

次に、補間処理部２６は、乗算器３６と、加算器３８と
で構成されている。　゛ そして、乗算器３６には、テーブル２４からΔＴが供給
され、これと共に、前記規格化位置発生部２２から出力
された規格化位置Ｘのうちその小数部ｒが入力され、両
者の乗算が行われている。

そして、その乗算の結果かテーブル２４から出力された
Ｔ１と加算器３８にて加算されている。

すなわち、ΔＴにｒの重み付けを行って、その結果をＴ
１に加算することにより、線形補間が実現されている。

次に、単位復元演算部２８について説明する。

この単位復元演算部２８は、上記第１０式で示された規
格化遅延時間Ｔに対するｆ／Ｃの乗算と、その乗算結果
に対する所定の定数にの加算とを行うものである。

そして、この単位復元演算部２８は、ｆ／Ｃ発生器４０
と、Ｋ発′生器４２と、ｆ／Ｃ発生器４０から出力され
た値を上記補間処理部２６から出力された遅延時間Ｔに
乗算する乗算器４４と、この乗算器４４の出力に前記に
発生器４２から出力されたプローブの種類によって異な
る定数Ｋを加算する加算器４５と、から構成されている
。従って、この構成によれば、上述した第１０式の演算
かなされて、この結果、遅延時間τが順次出力されるこ
とになる。

以上のように、本実施例の遅延時間発生装置によれば、
線形補間を前提として標本化を用いてテーブル２４の情
報量を極端に少なくすることができるので、超音波診断
装置における遅延時間の発生を簡易かつ迅速に行うこと
か可能となる。特に、従来においてはテーブルの容量に
より制約されていた偏向角度の種類の増大やフォーカス
点の増加の要望などを実現させることかできるので、超
音波診断装置の分解能を向上させて、精度の良い超音波
診断が行えるという効果を有する。

標本化に関するサンプル点数の検討 以下に、規格化遅延時間テーブルにおける規格化位置Ｘ
及び偏向角度θの標本化に関するサンプル点数について
検討を行う。

まず、規格化位置Ｘに関するサンプル点数を考える。

上記第９式の規格化遅延時間ＴをＹと置くと、Ｙについ
ての以下の第１５式を得る。

Ｙ−Ｔ　（Ｘ、　　θ） Ｙ−１−（１＋Ｘ　　−２Ｘｓ　ｉｎθ）１／２・・・
（第１５式） ここで、この第１５式を変形すると、次の第１６式を得
る。

（Ｙ−１）　２（Ｘ−ｓ　ｉ　ｎθ）　　−ＣＯ８２θ
・・・（第１６式） 第５図には、この第１６式に示されるＸとＹとの関係が
示されている。ここに示されるように、ｌＸ−５ｉｎθ
１か大きくなるとＹの変化が漸近線（直線）に近づき、
線形補間でも十分に良い近似が得られることが理解され
る。

この場合、線形補間の誤差が最大となるのは、第５図に
示されるＸｍ５ｉｎθの直線と双曲線との交点であり、
Ｘについてのサンプル間隔をΔＸとすれば、線形補間に
よる誤差ｅは、次の第１７式で示される。

ｅ””ｃ　ｏ　ｓθ−（ＣＯ５２θ ＋（ΔＸ／２）２）１１２　・・・（第１７式）ここで
、ｌｅｌは、θが増大するほど大きくなるため、θの上
限を４５°とすれば、θ−４５゜でｌｅｌは最大となる
。そして、この場合のｅにｆ／Ｃを乗算して時間の単位
に変換すれば、最大遅延誤差か得られる。

このような前提の下で、ｆ＝１００ｍｍとしたときの最
大遅延誤差が、例えば５ｎｓより小さくなるようなΔＸ
を求めると、 ΔＸ＜Ｑ、　　０２　　　　　　　　　・・・（第１８
式）ここで、Ｘに関しては、焦点路Ｍｆか小さいときに
は、実際の装置において送受信の開口長を短くする、す
なわち駆動される振動素子の数を少なくすることを考慮
して、Ｘの取り得る範囲を、−０，２５≦Ｘ≦０．２５
　　　・・　（第１９式）と仮定すると、Ｘの範囲（０
，５）をΔＸ　（０゜０２）で標本化すれば、５ｎｓの
精度か保証されることが理解される。つまり、Ｘについ
てのサンプル点数は、２５点（０，５１０，０２）あれ
ば十分であることが理解される。

次に、θに関するサンプル点数を検討する。

ここでは、第９式において、１θ１≦４５°。

ｌｘｌ≦０．２５の範囲では、第９式の右辺Ｘ２−２Ｘ
ｓｉｎθが１より小さいため、これをａとすれば、 （１＋ａ）　１／２−１＋ａ／２−ａ２／８・・・（第
２０式） のようなａについての第２次の項までのテーラ−展開を
第９式に適用する二とができる。そして、この近似式を
適用すると第９式は、次の第２１式のようになる。

Ｔ　（Ｘ、　　θ） ≠−（Ｘ２−２Ｘｓ　ｉｎθ）／２ ＋　（Ｘ２−２Ｘｓ　ｉｎθ）　２／８−（第２１式）
この場合に、θ・についてのサンプル間隔をΔθとした
ときの線形補間の誤差ｅを計算すると、次の第２２式の
ようになる。

ｅ　−（Ｔ　（Ｘ、　　θ＋Δθ／２）＋Ｔ　（Ｘ、　
　θ−Δθ／２）　ｌ　／２−Ｔ　（Ｘ、　　θ） 共ＸΔθ２　（Ｘｃｏｓ２θ−５ｉｎθ）／８・・・（
第２２式） ここで、第２２式は、Ｘ−−０，２５（Ｘの最小値）、
θ−４５’　　（θの最大値）てｅか最大となることが
理解される。

従って、この第２２式に、Ｘ−−０，２５，θ−４５°
を代入して求められたｅにｆ＝１００ｍｍの場合のｆ／
Ｃを乗算して時間の単位に変換することにより、最大遅
延誤差か得られる。そして、最大遅延誤差が５ｎｓより
小さくなる場合のΔθを求めると、 Δθ≦３．３７°　　　　　　　・・・（第２３式）従
って、−４５°≦θ≦４５°の範囲で５０Ｓの精度を保
証する場合、θについてのサンプル点数は、２７点（９
０°／３．３７°）であることが理解される。

以上のことから、Ｘ及びθの標本化に関するサンプル点
数は、それぞれ共に２５程度にすれば良く、このような
サンプル点数で構成された規格化遅延時間テーブルによ
り、５ｎｓ以下の誤差での遅延時間の発生が実現される
。

なお、サンプルの点数を増せば、遅延時間発生に係る誤
差を更に小さくする二ともてき、上述した従来例に比べ
、十分精度の良い遅延時間を発生できることが理解され
る。

遅延時間発生装置の変形例 次に、第３図で示した本発明に係る遅延時間発生装置の
変形例について以下に説明する。

第４図には、第３図で示した装置の変形例か示されてい
る。なお、第３図に示した規格化位置発生部２２は同一
の構成であるため、その説明を省略する。

この変形例において特徴的なことは、遅延時間テーブル
４６に上述した規格化遅延時間Ｔに単位復元係数ｆ／Ｃ
を掛けた遅延時間りを保持したことにある。

すなわち、遅延時間テーブル４６に、ｆ／Ｃが乗算され
た遅延時間りを保持することにより、単位復元演算の主
な部分を省略することが可能である。

ただし、この変形例においては、遅延時間テーブル４６
において焦点距離情報ｆが必要であり、二のために、超
音波診断装置本体から焦点距離ｆが遅延時間テーブル４
６に人力されている。

従って、このような構成によれば、第３図で示した実施
例に比べ、テーブルに格納される遅延時間τに関する情
報量の増大は避けられないか、後に行われる単位復元演
算を極めて簡易化できるという利点を有する。

ここで、この変形例においても、テーブル４６における
遅延時間りを定めるパラメータのうち規格化位置Ｘにつ
いては標本化が行われており、そのサンプル点数は、上
記サンプル点数の計算により求められた点数と同様であ
る。

すなわち、ｆ／Ｃは、Ｘとθに影響を与えず、その精度
が不変なためである。従って、この変形例においても、
Ｘ及びθについて例えば２５程度のサンプル点があれば
、十分な精度で遅延時間の発生を行うことが可能である
。

第４図において、遅延時間テーブル４６からは、遅延時
間Ｄ１が出力され、更に上記実施例同様に、標本化に係
るサンプル間での差異ΔＤも出力されている。

そして、この両者は、補間処理部４８に入力されている
。この補間処理部４８は、上記補間処理部２６同様に、
乗算器５０と加算器５２とで構成され、規格化位置発生
部２２から出力された規格化位ＷＸのうちその小数部ｒ
の重み付けによって、遅延時間りの線形補間かなされて
いる。

そして、補間処理部４８から出力された遅延時間りは、
係数加算部５４に入力されている。

ここで、係数加算部５４は、超音波診断装置本体から供
給されるプローブの情報Ｐを人力して定数Ｋを８カする
に発生器５６と、この定数Ｋを上記補間処理部４８から
出力された遅延時間りに加算する加算器５８と、から構
成されている。

従って、この変形例においても、上記実施例と同様に、
遅延時間τが順次発生されることになる。

以上のように、この変形例では、遅延時間テーブル４６
の入力パラメータが１つ増加したカーその反面、テーブ
ル４６より後段の回路構成を省略でき、この結果、迅速
な遅延時間τの発生か行えるという利点を有する。

保持される情報量の検討 第３図で示した本発明に係る遅延時間発生装置の実施例
の構成において、保持される全体の情報量は以下のよう
に概算される。

まず、規格化遅延時間テーブル２４ては、Ｔ１を１３ビ
ツト、ΔＴを８ビツトで与え、規格化位置Ｘについての
サンプル点数を６４、偏向角度θについてのサンプル点
数、すなわちビームの本数を２５６とすれば、次の量に
なる。

（１３＋８）　・６４・２５６ 誼４２にバイト 一方、加算係数発生器３０及びｆ／Ｃ演算器４０及びに
演算器４２に格納される全体の情報を考えると、αを１
２ビツト、βを１６ビツト、ｆ／Ｃを６ビツト、Ｋにつ
いて１１ビツトを与え、更に、焦点ｆの数を３２種類と
し、接続できる探触子の個数をＮとすれば、次の量とな
る。

（３２・（１２＋１６＋６）＋１１）　　・Ｎ−１４０
ΦＮバイト 従って、Ｎを３２としても全体の総情報量は約４６にバ
イトとなり、前述した約４０Ｍハイドの約１／８７０と
なる。

一方、第４図で示した本発明に係る遅延時間発生装置の
変形例における保持すべき全ての情報量について検討す
ると、遅延時間テーブル４６について、更にｆの種類た
け情報量か増加するため、総情報量は従来の方法による
約４０Ｍバイトの約１／３０となる。

このように、特に第３図で示した本発明装置の実施例で
は、従来例よりも飛躍的に保持すべき情報量の削減を図
ることかできることが理解される。

一方、第４図で示した本発明装置の変形例においては、
第３図で示した実施例に比べ、保持すべき情報量の増大
は回避てきないが、それでも従来の方法より情報量を大
幅に少なくできるという効果を有する。

他の変形例 第３図及び第４図で示した本発明に係る遅延時間発生装
置の構成の変形例としては、Ｔ　（Ｘ、　　θ）−Ｘ　
（−Ｘ、　　−〇）の対称性を利用して、回路の構成を
変形することかできる。

例えば、その第１例として、θ≧０の部分たけについて
、規格化遅延時間Ｔあるいは遅延時間りをテーブルに保
持することも可能である。また、第２例として、規格化
位置Ｘは、アレイ振動子における超音波ビームの形成中
心点Ｏの左右で符号が異なるたけであるのでＸ≧ＯとＸ
≦Ｏで規格化遅延時間Ｔ（又は遅延時間Ｄ）を並列に発
生させることも好適である。

また、この第１例と第２例とを併用することにより、簡
便かつ迅速な遅延時間の発生を行うことが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、請求項（１ン記載の発明によれば
、規格化位置Ｘ及び偏向角度θの２つの入力パラメータ
で遅延時間τ発生に係るテーブルを構成することができ
る。

また、請求項（３）に記載の発明によれば、規格化遅延
時間Ｔに所定の単位復元係数ｆ／Ｃを乗算した遅延時間
りをテーブルに保持して、テーブルから直接遅延時間り
を求めることができるので、単位復元演算に要する構成
を簡易化できるという効果を有する。

更に、請求項（２）及び（４）記載の発明によれば、線
形補間を前提として、規格化遅延時間テーブル及び遅延
時間テーブルに格納される情報量を大幅に削減すること
ができる◇ 特に、標本化の点数を適宜に設定することにより、所望
の精度で、遅延時間を発生でき、この結果、信頼性の高
い遅延時間発生装置を構成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理を示すブロック図、第２図は、
標本化と補間処理の流れを示す説明図、 第３図は、本発明に係る遅延時間発生装置の実施例を示
すブロック図、 第４図は、本発明に係る遅延時間発生装置の実施例の変
形例を示すブロック図、 第５図は、規格化位置Ｘと規格化遅延時間Ｙ（Ｔ）との
関係を示す図、 第６図は、超音波ビームの電子偏向及び電子フォーカス
を示す説明図、 第７図は、Ｘ軸方向に沿うアレイ振動干出焦点Ｆとの位
置関係を幾何学的に示し、遅延時間の計算を説明するた
めの説明図である。 １０．２２　　・・・　規格化位置発生部１２、　１６
．　２４　　・・・　規格化遅延時間テーブル１４．２
８　　・・・　ｉ位復元演算部１８、　２６　　・・・
　補間処理部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波ビームを形成するアレイ振動子を構成する
   各振動素子の送受信号にそれぞれ異なる遅延時間を与え
   て、超音波ビームの電子偏向や電子フォーカスを行う超
   音波診断装置において、前記アレイ振動子における超音
   波ビーム形成中心点から遅延時間τ発生に係る振動素子
   までの距離ｘを超音波ビームの焦点距離ｆで除した規格
   化位置Ｘを発生する規格化位置発生手段と、 前記規格化位置Ｘ及び超音波ビームの偏向角度θで定め
   られる規格化遅延時間Ｔを保持する規格化遅延時間テー
   ブルと、 を含み、 前記規格化遅延時間テーブルにて求められた規格化遅延
   時間Ｔに所定の単位復元演算を行って遅延時間τを発生
   することを特徴とする超音波診断装置の遅延時間発生装
   置。
2. （２）請求項（１）記載の超音波診断装置の遅延時間発
   生装置において、 前記規格化遅延時間テーブルは、テーブルのパラメータ
   である前記規格化位置Ｘ及び前記偏向角度θのうち少な
   くとも一方が所定のサンプル間隔で標本化されてテーブ
   ル構成され、 前記規格化遅延時間テーブルにて求められた規格化遅延
   時間Ｔを補間する補間手段が設けられたことを特徴とす
   る超音波診断装置の遅延時間発生装置。
3. （３）超音波ビームを形成するアレイ振動子を構成する
   各振動素子の送受信号にそれぞれ異なる遅延時間を与え
   て、超音波ビームの電子偏向や電子フォーカスを行う超
   音波診断装置において、前記アレイ振動子における超音
   波ビーム形成中心点から遅延時間τ発生に係る振動素子
   までの距離ｘを超音波ビームの焦点距離ｆで除した規格
   化位置ｘを発生する規格化位置発生手段と、 前記規格化位置Ｘ及び超音波ビームの偏向角度θで定め
   られる規格化遅延時間Ｔに前記焦点距離ｆと超音波の伝
   搬速度Ｃとで定まる単位復元係数ｆ／Ｃを乗算した遅延
   時間Ｄを保持する遅延時間テーブルと、 を含むことを特徴とする超音波診断装置の遅延時間発生
   装置。
4. （４）請求項（３）記載の超音波診断装置の遅延時間発
   生装置において、 前記遅延時間テーブルは、テーブルのパラメータである
   前記規格化位置Ｘ、前記偏向角度θ及び前記焦点距離ｆ
   のうち少なくとも１つが所定のサンプル間隔で標本化さ
   れてテーブル構成され、前記遅延時間テーブルにて求め
   られた遅延時間Ｄを補間する補間手段が設けられたこと
   を特徴とする超音波診断装置の遅延時間発生装置。